المعالجات متعددة النواة: هل الأفضل دائمًا؟
مضيفا العديد من النوى إلى واحد المعالج يقدم فوائد كبيرة بفضل طبيعة تعدد المهام لأنظمة التشغيل الحديثة. ومع ذلك ، بالنسبة لبعض الأغراض ، هناك حد عملي أعلى لعدد النوى التي تنتج تحسينات بالنسبة لتكلفة إضافتها.
تقدم التكنولوجيا متعددة النواة
كانت المعالجات متعددة النواة متوفرة في حواسيب شخصية منذ أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين. عالجت التصميمات متعددة النواة مشكلة وصول المعالجات إلى سقفها المادي القيود من حيث سرعات الساعة ومدى فعالية تبريدها والحفاظ عليها صحة. من خلال الانتقال إلى النوى الإضافية على شريحة معالج واحدة ، تجنب المصنعون مشاكل سرعات الساعة عن طريق الضرب الفعال لكمية البيانات التي يمكن معالجتها بواسطة وحدة المعالجة المركزية.
عندما تم إصدارها في الأصل ، عرضت الشركات المصنعة مركزين فقط في وحدة معالجة مركزية واحدة ، ولكن هناك الآن خيارات لأربعة وستة وحتى 10 أو أكثر. بالإضافة إلى إضافة النوى ، يمكن لتقنيات خيوط المعالجة المتعددة المتزامنة - مثل خيوط المعالجة المتعددة من Intel - مضاعفة النوى الافتراضية التي نظام التشغيل يرى.
العمليات والخيوط
أ معالجة هي مهمة محددة ، مثل برنامج يعمل على جهاز كمبيوتر. تتكون العملية من مؤشر ترابط واحد أو أكثر.
أ مسلك هو مجرد دفق واحد من البيانات من برنامج يمر عبر المعالج على الكمبيوتر. يقوم كل تطبيق بإنشاء مؤشرات ترابط خاصة به أو أكثر بناءً على كيفية تشغيله. بدون تعدد المهام ، يمكن للمعالج أحادي النواة التعامل مع مؤشر ترابط واحد فقط في كل مرة ، لذلك يقوم النظام بالتبديل بسرعة بين الخيوط لمعالجة البيانات بطريقة متزامنة على ما يبدو.
فائدة وجود نوى متعددة هو أن النظام يمكنه التعامل مع أكثر من خيط واحد في وقت واحد. يمكن لكل نواة التعامل مع دفق منفصل من البيانات. تعمل هذه البنية على زيادة أداء النظام الذي يقوم بتشغيل التطبيقات المتزامنة بشكل كبير. نظرًا لأن الخوادم تميل إلى تشغيل العديد من التطبيقات المتزامنة في وقت معين ، فقد تم تطوير التكنولوجيا في الأصل لـ عميل مؤسسي - ولكن مع زيادة تعقيد أجهزة الكمبيوتر الشخصية وزيادة المهام المتعددة ، استفادوا أيضًا من وجود النوى الإضافية.
ومع ذلك ، فإن كل عملية يحكمها خيط أساسي لا يمكن أن يشغل سوى نواة واحدة. وبالتالي ، فإن السرعة النسبية لبرنامج مثل لعبة أو عارض فيديو محدودة بشدة بقدرة النواة التي يستهلكها مؤشر الترابط الأساسي. يمكن للخيط الأساسي تفويض الخيوط الثانوية تمامًا إلى النوى الأخرى - لكن اللعبة لا تصبح أسرع مرتين عند مضاعفة النوى. وبالتالي ، ليس من غير المعتاد أن تصل اللعبة إلى حد أقصى كامل لنواة واحدة (الخيط الأساسي) ولكن ترى فقط استخدامًا جزئيًا للنوى الأخرى للخيوط الثانوية. لا يوجد قدر من المضاعفة الأساسية يدور حول حقيقة أن النواة الأساسية هي محدد معدل بالنسبة لك والتطبيقات الحساسة لهذه البنية ستؤدي بشكل أفضل من التطبيقات الأخرى ليست كذلك.
تبعية البرمجيات
في حين أن مفهوم المعالجات متعددة النواة يبدو جذابًا ، إلا أن هناك تحذيرًا رئيسيًا لهذه التقنية. للاستمتاع بالفوائد الحقيقية للمعالجات المتعددة ، يجب كتابة البرنامج الذي يعمل على الكمبيوتر لدعم تعدد مؤشرات الترابط. بدون البرنامج الذي يدعم مثل هذه الميزة ، سيتم تشغيل الخيوط بشكل أساسي من خلال نواة واحدة وبالتالي تقليل الكفاءة الكلية للكمبيوتر. بعد كل شيء ، إذا كان لا يمكن تشغيله إلا على نواة واحدة في معالج رباعي النواة ، فقد يكون من الأسرع تشغيله على معالج ثنائي النواة بسرعات تشغيل أساسية أعلى.
تدعم جميع أنظمة التشغيل الرئيسية الحالية إمكانية تعدد مؤشرات الترابط. ولكن يجب أيضًا كتابة تعدد العمليات في برنامج التطبيق. لقد تحسن دعم تعدد مؤشرات الترابط في برامج المستهلك على مر السنين ولكن للعديد من الأشياء البسيطة البرامج ، لا يزال الدعم متعدد مؤشرات الترابط غير مطبق بسبب تعقيد البرنامج يبني. على سبيل المثال ، من غير المحتمل أن يرى برنامج بريد أو مستعرض ويب فوائد ضخمة لتعدد مؤشرات الترابط بقدر ما قد يرى برنامج تحرير الرسومات أو الفيديو ، حيث يعالج الكمبيوتر العمليات الحسابية المعقدة.
من الأمثلة الجيدة لشرح هذا الاتجاه النظر إلى لعبة كمبيوتر نموذجية. تتطلب معظم الألعاب شكلاً من أشكال محرك العرض لعرض ما يحدث في اللعبة. بالإضافة إلى ذلك ، يتحكم نوع من الذكاء الاصطناعي في الأحداث والشخصيات في اللعبة. باستخدام مركز واحد ، يتم تنفيذ كلا المهمتين من خلال التبديل بينهما. هذا النهج غير فعال. إذا كان النظام يشتمل على معالجات متعددة ، فيمكن أن يعمل كل من العرض والذكاء الاصطناعي على نواة منفصلة - وهو الوضع المثالي لمعالج متعدد النواة.
هل 8> 4> 2؟
يقدم تجاوز النوى مزايا متباينة ، نظرًا لأن الإجابة لأي مشتري كمبيوتر معين تعتمد على البرنامج الذي يستخدمه عادةً. على سبيل المثال ، لا تزال العديد من الألعاب الكلاسيكية تقدم فرقًا بسيطًا في الأداء بين نواة وأربعة. حتى الألعاب الحديثة - التي يُزعم أن بعضها يتطلب ثمانية نوى أو يدعمها - قد لا يؤدي أداءً أفضل من آلة سداسية النواة مع سرعة ساعة أساسية أعلى ، بالنظر إلى أن فعالية الخيط الأساسي تتحكم في كفاءة خيوط المعالجة المتعددة أداء.
من ناحية أخرى ، من المحتمل أن يرى برنامج ترميز الفيديو الذي يقوم بتحويل ترميز الفيديو فوائد كبيرة مثل يمكن تمرير عرض الإطار الفردي إلى نوى مختلفة ثم تجميعه في دفق واحد بواسطة البرمجيات. وبالتالي فإن وجود ثمانية نوى سيكون أكثر فائدة من امتلاك أربعة. في جوهرها ، لا يحتاج الخيط الأساسي إلى موارد غنية نسبيًا ؛ بدلاً من ذلك ، يمكن أن تفرز العمل الشاق للخيوط البنت التي تصل إلى أقصى حد من أنوية المعالج.
سرعات الساعة
بشكل عام ، تعني سرعة الساعة الأعلى معالجًا أسرع. تصبح سرعات الساعة أكثر غموضًا عندما تفكر في السرعات بالنسبة إلى النوى المتعددة لأن المعالجات تعالج بيانات متعددة الخيوط بفضل النوى الإضافية ولكن كل من هذه النوى سيعمل بسرعات منخفضة بسبب القيود الحرارية.
على سبيل المثال ، قد يدعم المعالج ثنائي النواة سرعات الساعة الأساسية البالغة 3.5 جيجاهرتز لكل معالج بينما قد يدعم المعالج رباعي النواة تعمل فقط بسرعة 3.0 جيجاهرتز. بمجرد النظر إلى نواة واحدة في كل منها ، يكون المعالج ثنائي النواة أسرع بنسبة 14 بالمائة من المعالج رباعي النواة. وبالتالي ، إذا كان لديك برنامج ذو مؤشر ترابط واحد فقط ، فإن المعالج ثنائي النواة يكون في الواقع أكثر كفاءة. ثم مرة أخرى ، إذا كان بإمكان برنامجك استخدام جميع المعالجات الأربعة ، فإن المعالج رباعي النواة سيكون في الواقع أسرع بنحو 70 بالمائة من ذلك المعالج ثنائي النواة.
الاستنتاجات
بالنسبة للجزء الأكبر ، فإن وجود معالج ذو عدد نوى أعلى يكون أفضل بشكل عام إذا كان لديك البرمجيات وحالات الاستخدام النموذجية تدعمها. بالنسبة للجزء الأكبر ، سيكون المعالج ثنائي النواة أو رباعي النواة أكثر من طاقة كافية لمستخدم الكمبيوتر الأساسي. لن يرى غالبية المستهلكين أي فوائد ملموسة من تجاوز أربعة نوى للمعالج لأن القليل من البرامج غير المتخصصة تستفيد منها. تتعلق أفضل حالة استخدام للمعالجات عالية النواة بالأجهزة التي تؤدي مهامًا معقدة مثل تحرير الفيديو على سطح المكتب أو بعض أشكال الألعاب المتطورة أو برامج العلوم والرياضيات المعقدة.
تحقق من أفكارنا حول ما مدى سرعة جهاز الكمبيوتر الذي أحتاجه؟ للحصول على فكرة أفضل عن نوع المعالج المناسب لاحتياجات الحوسبة لديك.